随着我国经济的快速发展,我国在多年冻土区和季节冻土区修筑了大量的道路、铁路等基础工程,但是冻土地区的公路病害频发,且部分路段病害严重。针对冻土地区的道路、铁路工程的病害修复和维护问题一直是目前主要的世界性难题。注浆修复技术是主要的道路、铁道工程的病害修复和维护技术之一,特别是具有高反应速度、高膨胀性、高防渗性、高韧性的聚氨酯高聚物注浆技术是目前的研究热门课题。聚氨酯高聚物注浆技术已经成熟运用在普通地区的道路、铁道以及基础工程的病害修复和维护问题上,但是由于其在反应过程中放出大量的热量,造成热力学平衡的破坏,影响周围土体,并不适用于冻土地区的病害修复。因此,研究采用低放热高聚物注浆材料是永冻区和季冻土区公路工程和铁道工程复杂病害修复的内在需求。主要研究内容及成果如下:(1)分析了低放热聚氨酯高聚物注浆材料的三种主要化学反应和三个反应阶段。采用模具注浆成形的方法,获得不同密度的低放热聚氨酯高聚物注浆材料试件,进行了吸水率、体积变化率和自由膨胀率的试验研究,总结了温度和密度对低放热聚氨酯高聚物注浆材料基本物理特性的影响规律,分析其影响机理,并同普通聚氨酯高聚物注浆材料的试验结果进行对比分析。(2)开展了低放热聚氨酯高聚物注浆材料膨胀特性的研究,在不同温度环境下(-30℃至30℃)测量低放热聚氨酯高聚物注浆材料的不同密度(0.1g/cm~3至0.5 g/cm~3)的该材料随时间变化的膨胀压力曲线,计算了不同温度下不同密度的膨胀压力增长速度,揭示了该材料温度、密度与膨胀压力和膨胀压力增长速度之间的关系,确定了该材料的最大膨胀压力,并同普通聚氨酯高聚物注浆材料最大膨胀压力的试验结果进行对比分析。(3)开展了低放热聚氨酯高聚物注浆材料拉伸和压缩特性的试验研究,在不同温度环境下(-30℃至30℃)测量了不同密度(0.08g/cm~3至0.5 g/cm~3)材料的抗拉强度、抗压强度,并研究了受压和受拉的应力应变曲线。测量了常温下低放热聚氨酯高聚物注浆材料不同密度的泊松比,确定不同密度和温度低放热高聚物注浆材料受压、受拉的破坏形态,总结了不同温度下高聚物注浆材料抗压、抗拉强度随密度的变化规律,分析拉伸和压缩过程中不同变形特征的机理分析,并同普通聚氨酯高聚物注浆材料抗拉强度和抗压强度的试验结果进行对比分析。(4)基于Gibson-Ashby泡沫体本构模型,从微观胞体受力角度推导符合低放热聚氨酯高聚物注浆材料的本构模型,确定了模型中的相关参数,揭示材料应力与应变之间的变化关系。(5)基于Abaqus有限元软件,结合相关冻土地区气象和地质资料,建立多场耦合作用下的冻土地区三维道温度场模型,并在此基础上进行冻土地区在不同环境下半刚性基层路面脱空修复前后的动力响应分析,对比分析脱空修复前后的竖向位移和Mises应力,确定了低放热聚氨酯高聚物注浆材料在冻土地区道路无损修复方面应用的可行性。开展低放热高聚物注浆材料的力学特性试验研究,研究不同密度的低放热高聚物注浆材料在不同温度下的力学特性,可以为永冻土区和季冻区道路病害的高聚物注浆修复提供理论依据,对冻土地区的基础工程加固与维护具有重要的理论意义和工程应用价值。